Рзаева Н.М.

Институт физиологии им. А.И. Караева Национальной академии наук Азербайджана, Баку

Дмитренко А.И.

Институт физиологии им. А.И. Караева Национальной академии наук Азербайджана, Баку

Зрительная кора и ее участие в регуляции функции сетчатки

Журнал: Вестник офтальмологии. 2013;129(1): 4-9

Просмотров : 80

Загрузок : 2

Как цитировать

Рзаева Н. М., Дмитренко А. И. Зрительная кора и ее участие в регуляции функции сетчатки. Вестник офтальмологии. 2013;129(1):4-9.

Авторы:

Рзаева Н.М.

Институт физиологии им. А.И. Караева Национальной академии наук Азербайджана, Баку

Все авторы (2)

При изучении взаимоотношений зрительной коры (ЗК) со структурами мозга большое значение уделяется эфферентным кортикофугальным механизмам регуляции функции сетчатки. Любой сигнал, возникающий на уровне фоторецепторов, не доставит нужную информацию к ЗК, где она должна быть «опознана» и «прочитана», если этот сигнал не будет многократно скорректирован и переработан системой обратной связи. Чем сложнее система, тем существеннее ее значение [6].

Зрительный путь состоит не только из нейронов, передающих сигналы в центростремительном направлении от сетчатки к мозговым центрам, но на этих же уровнях существуют нейроны, по которым осуществляется их влияние на функцию сетчатки. А.С. Новохатский [6] считает, что этот путь, скорее всего, надо рассматривать не как центробежные волокна, а как проекционную систему. Прямые и обратные связи зрительного анализатора с сетчаткой он выделяет соответственно в особые ретиноэнцефальную и энцефалоретинальную системы. Считается, что основное количество волокон идет от наружного коленчатого тела - это геникулоретинальные, а также корково-ретинальные, ретикулоретинальные, гипоталамо-ретинальные и тегменто-ретинальные. Оканчиваются все они на уровне амакриновых и горизонтальных клеток.

Следует отметить, что имеющиеся к настоящему времени работы, посвященные изучению кортико-ретинальных взаимоотношений, проводились в условиях, когда изменялось функциональное состояние животного в результате воздействия различных фармакологических препаратов либо в условиях острого эксперимента. В то же время следует учитывать, что исходное функциональное состояние ЗК может решающим образом повлиять на проявление и характер кортико-ретинальных взаимоотношений.

Среди функциональных методов изучения корковых механизмов регуляции функции сетчатки наряду с электрической стимуляцией используются также методы стимуляторной и ингибиторной нейронографии с применением аппликации на кору растворов стрихнина и калия хлорида (KCl). Стрихнин, как известно, возбуждает центральную нервную систему (ЦНС), оказывая стимулирующее действие на органы чувств (обострение зрения, вкуса, слуха, тактильные чувства), возбуждает сосудодвигательный и дыхательный центры, тонизирует скелетную мускулатуру, процессы обмена и т.д. [5]. При локальной аппликации он вызывает появление так называемых стрихнинных спайков, которые являются потенциалами действия дендритов. Возбуждающее влияние стрихнина связано с увеличением проводимости мозга для ионов Са, что, по-видимому, обусловливается блокирующим действием стрихнина на тормозные интернейроны. Что касается KCl, то его использование сопровождается деполяризацией корковых нейронов, исчезновением спонтанной фоновой активности, угнетением электроэнцефалограммы. Длительный период восстановления корковых функций обусловлен, по-видимому, медленным затуханием синаптического торможения.

Задача настоящего исследования состояла в том, чтобы на бодрствующих животных выявить влияние ЗК на формирование раннего рецепторного потенциала, осцилляторные потенциалы сетчатки и электроретинограмму (ЭРГ), а также изменение ответов ЗК и их корреляцию с сетчаточными потенциалами в условиях изменения ее функционального состояния, вызванного локальной аппликацией стрихнина и KCl.

Материал и методы

Исследования проводились в условиях хронического эксперимента на бодрствующих кроликах. Регистрировались ЭРГ, а также вызванные потенциалы (ВП) ЗК. Регистрация осуществлялась как в обычном режиме, так и в режиме формирования осцилляторных потенциалов - ОП (полоса пропускания частот усилителей была соответственно 1-1000 Гц и 333-2000 Гц).

В сетчатке также регистрировался ранний рецепторный потенциал (РРП). Для регистрации ЭРГ применялась контактная линза с вмонтированным в нее стальным электродом, снабженная щитками-векорасширителями. Для исключения возможного влияния изменения диаметра зрачка на ЭРГ и ответов ЗК зрачок приводился в состояние мидриазиса с помощью 1% раствора атропина. Для обезболивания в глаз предварительно закапывали 0,5% раствор дикаина. Линза заполнялась физиологическим раствором. Кролик помещался в специальный станок-гамак и находился в звуко- и светонепроницаемой экранированной камере.

В качестве светового раздражителя применялась фотовспышка фотоимпульсного стимулятора специальной конструкции. Основу его составляла импульсная лампа ИФК-120. Энергия вспышки варьировала: 1,4 Дж для ЭРГ и ОП, а также ВП ЗК и 70 Дж для РРП. Длительность стимула - 150 мкс. Световая стимуляция обеспечивалась в режиме одиночных вспышек. Исследования проводились в условиях темновой адаптации. Локальное изменение функционального состояния ЗК производилось путем введения через канюлю растворов KCl и стрихнина. Первый препарат, оказывающий тормозное влияние на кору, вводился в виде 10% раствора в объеме 0,05 мл, второй, возбуждающий кору, вводился в виде 2% раствора в том же объеме. В качестве контроля в том же объеме вводился физиологический раствор. Опыты начинались через 15-30 мин после введения препаратов.

Результаты и обсуждение

Предварительно были проведены контрольные опыты с введением в ЗК 0,05 мл физиологического раствора. ВП ЗК и сетчатки в этих условиях не претерпевали каких-либо изменений. Введение в том же объеме 2% раствора стрихнина на ЗК приводило к достаточно выраженным изменениям ее ответов. Прослеживалось их облегчение в равной мере как для позитивной, так и негативной фаз (рис. 1, I).

Рисунок 1. ВП сетчатки на световые стимулы в условиях локальной стрихнизации ЗК. I - ЗК; II - ЭРГ; III - РРП; IV - ОП сетчатки. Цифровые обозначения под кадрами - время действия стрихнина; K - контроль.
Суммарная амплитуда ВП (от максимума первичной позитивности до максимума первичной негативности) по сравнению с контролем (77,2±4,5 мкВ, 100%) на 30-й минуте возрастала до 100,0±5,3 мкВ (облегчалась на 28,2%). В этот же период на пике первичной негативной волны ответа формировалось 3-4 дополнительных колебания: амплитуда первого колебания составляла 55,0±2,3 мкВ, второго - 60,7±1,8 мкВ и третьего - 57,1±2,2 мкВ. С увеличением времени действия стрихнина (1,5 ч) их количество уменьшалось до одного (амплитуда его составляла 46,7±2,7 мкВ), а к 3 ч они практически исчезали. К 1,5 ч амплитуда ВП увеличивалась до 119,0 ±6,3 мкВ (на 49%), а к 2 ч достигала своего максимального значения - 125,0±5,8 мкВ (на 62%). Ответ к 3 ч уменьшался до 93,8±6,1 мкВ (на 33,5%), однако амплитуда его при этом оставалась достаточно высокой. Нами также был проведен анализ позитивного и негативного компонентов ВП ЗК. На 30-й минуте позитивное колебание по сравнению с контролем (43,8±3,3 мкВ) составляло 50,0±2,9 мкВ (увеличивалось в среднем на 14%), а негативное (контроль - 33,4±2,4 мкВ) - 50,0±3,5 мкВ (на 50%). Их амплитудные параметры к 1,5 ч соответственно составляли 70,1±3,1 мкВ (на 60%) и 46,4±3,2 мкВ (на 37,55), а к 2 ч увеличивались соответственно до 61,0±3,8 мкВ (на 40%) и 64,3±3,4 мкВ (90%). С увеличением времени действия стрихнина амплитудные параметры ответа ЗК несколько уменьшались, но оставались выше исходных показателей. При этом позитивное колебание составляло 48,8±3,1 мкВ (на 11,4%), а негативное - 45,5±4,2 мкВ (на 33%).

Особый интерес представляло формирование в ЗК в условиях ее стрихнизации высокоамплитудной вторичной негативной волны. Время ее формирования и развития находилось в пределах 1,5-2-2,5 ч, т.е. в тот период, когда количество дополнительных колебаний на первичном негативном компоненте уменьшалось и они полностью исчезали. По-видимому, формирование вторичной негативности связано с тем, что возбуждение ЗК приводило к возбуждению короткоаксонных промежуточных нейронов, которые находятся вокруг пирамидных нейронов. Допускается, что порог возбуждения промежуточных нейронов меньше, чем порог возбуждения пирамидных нейронов, и что связь с последними осуществляется посредством аксосоматических синапсов. Это позволяет предположить, что при определенном уровне возбуждения ЗК возбудимость промежуточных нейронов повышается и последние включаются в реакцию на световое раздражение, что и обусловливает формирование в ответе позднего негативного колебания.

Каково же влияние ЗК в условиях ее стрихнизации на периферический отдел зрительной системы - сетчатку? Важно было установить, какова роль этого влияния в формировании РРП, ОП и ЭРГ. Так, при исследовании РРП в условиях стрихнизации ЗК выявили некоторые особенности. По сравнению с контролем (110,0±6,0 мкВ, 100%) через 30 мин наблюдалось облегчение амплитуды РРП, которая составляла 122,5±5,7 мкВ (увеличивалась в среднем на 11,4%). Через 1,5 ч ее величина достигала максимального значения 157,5±7,2 мкВ (на 42,7%), а к 3 ч амплитуда его уменьшалась, однако была несколько выше исходной величины, т.е. 137,5±5,5 мкВ (на 34%) (см. рис. 1, III). Этот факт позволяет считать, что изменение амплитуды РРП является результатом влияния ЗК на процессы, участвующие в механизме его генерации.

Не меньший интерес представляют исследования ОП сетчатки в условиях стрихнизации коры (см. рис. 1, IV).

В сетчатке на пике b-волны ЭРГ так же, как и в коре формировались дополнительные колебания с амплитудой 25,0±1,2 и 17,5±1,0 мкВ, которые являлись как бы зеркальным отражением корковых дополнительных колебаний. Количество их могло варьировать от 2 до 3. К 1,5 ч они полностью исчезали. В тот период, когда дополнительные колебания уже не регистрировались (1-1,5 ч), начинали формироваться облегченные ОП ЭРГ. Амплитуда ее первого ОП облегчалась и составляла 100,0±5,4 мкВ, т.е. увеличивалась в среднем на 90,5%, а второго - до 60,0±3,0 мкВ (на 94,3%). К 2 ч их амплитудные параметры несколько уменьшались, но оставались больше исходной величины. Так, амплитуда первого ОП составляла 67,5±3,3 мкВ (на 28,5%), второго - 37,5±1,5 мкВ (на 15,1%). К 3 ч их амплитудные параметры хотя и уменьшались, однако были выше контрольных величин, при этом составляли соответственно 60,0±3,2 мкВ (на 14,3%) и 37,2±2,2 мкВ (на 13,9%). Эффект облегчающего влияния ЗК на сетчатку при стрихнизации хорошо был выражен при регистрации ЭРГ. Ее суммарная амплитуда (волны а+b) в контроле составляла 200,0±7,2 мкВ (100%), а в условиях повышенной возбудимости коры она увеличивалась до 293,0±7,4 мкВ, т.е. в среднем на 46% (см. рис. 1, II).

Из полученных экспериментальных данных следует, что локальное изменение функционального состояния ЗК стрихнином приводит к аналогичным изменениям электрографических показателей в сетчатке (РРП, ОП и ЭРГ).

Следующий этап исследований был посвящен влиянию KCl (локальное введение) на ЗК. При этом важно было выявить эффект этого воздействия не только на кору, но и на сетчатку. Введение в ЗК 0,05 мл 10% раствора KCl вызывало значительное уменьшение амплитудных параметров ВП, которое прослеживалось на протяжении всего периода эксперимента. На рис. 2

Рисунок 2. ВП сетчатки на световые стимулы в условиях локального введения KCl. I - ЗК; II - ЭРГ; III - РРП; IV - ОП сетчатки. Цифровые обозначения под кадрами - время действия KCl; K - контроль.
приводятся электрографические показатели ответов ЗК и сетчатки, вызванных световыми стимулами интенсивностью 1,4 Дж, до и после введения KCl. Так, в контроле суммарная амплитуда ответа на световой стимул, а также его позитивный и негативный компоненты составляли соответственно 200±6,9, 106,6±4,5 и 93,4±2,4 мкВ (100%). После введения KCl в течение 30 мин наблюдалось резкое уменьшение, а вначале и абсолютное угнетение всех показателей ВП. Только к часу формировался позитивный компонент ответа, и лишь к 2 ч начинал развиваться двухкомпонентный позитивно-негативный ВП. Суммарная амплитуда его по сравнению с контролем не превышала 106,0±4,8 мкВ (в среднем 53%). При этом амплитуда позитивной волны составляла 53,3±2,5 мкВ (50%), а негативной - 46,2±2,3 мкВ (50%). При 3-часовом действии KCl амплитудные параметры ВП коры оставались ниже контрольных величин. Суммарная амплитуда, а также позитивный и негативный компоненты ответов составляли соответственно 92,9±4,8 мкВ (в среднем 46%), 46,2±3,4 мкВ (43,4%) и 46,7±2,9 мкВ (50%) (см. рис. 2, I).

Какие же изменения претерпевала сетчатка в условиях подавления активности ЗК? Нам важно было не только выявить, но и установить факт этого влияния на электрографические показатели - РРП, ОП и ЭРГ. Использование этих показателей функционального состояния периферического отдела зрительной системы даст нам возможность установить степень участия ЗК в обработке зрительной информации как на уровне фоторецепторов, так и на нейрональных элементах сетчатки.

Проведенные исследования позволили выявить некоторые особенности формирования РРП в условиях измененного функционального состояния ЗК KCl (см. рис. 2, III). Так, через 30 мин после его введения амплитуда РРП по сравнению с контролем (157,0±6,2 мкВ, 100%) уменьшалась до 85,7±4,3 мкВ (в среднем 54,5%). Через 1,5 ч она составляла 100,5±6,2 мкВ (в среднем 63,7%).

К 3 ч его амплитудные параметры оставались ниже контрольных величин, т.е. не превышали 114,3±6,7 мкВ (в среднем 72,8%).

Следовательно, влияние ЗК на формирование РРП в условиях как стрихнизации, так и калийного очага является неоспоримым фактом. Что же касается нейронального аппарата сетчатки, генерирующего ЭРГ и ОП, то в условиях калийного очага наблюдались их определенные изменения.

Если в контроле амплитуда первого ОП составляла 208,3±8,1 мкВ, а второго - 217,0±7,2мкВ (100%), то через 30 мин их амплитудные параметры резко уменьшались - соответственно до 75,9±3,9 мкВ (в среднем 36,4%) и 83,5±4 мкВ (в среднем 38,5%), а через 1,5 ч они увеличивались до 183,3±4,6 мкВ (в среднем 88%) и 117,7±3,8 мкВ (в среднем 54,2%). Несмотря на 3-часовое действие KCl восстановления ОП до контрольных величин не наблюдалось. При этом амплитуда первого ОП составляла 133,3±5,5 мкВ (в среднем 64%), второго - 167,0±5,0 мкВ (в среднем 77%) (см. рис. 2, IV). В то же время суммарная амплитуда ЭРГ по сравнению с исходной величиной (229,0±8,4 мкВ, 100%) уменьшалась до 185,7±6,5 мкВ и составляла в среднем 80,8% (см. рис. 2, II).

Таким образом, подавление функциональной активности ЗК KCl существенным образом отражалось на угнетении формирования РРП, ОП и ЭРГ, что свидетельствует об усилении ее тормозного влияния на сетчатку. Облегчение формирования ЭРГ в условиях возбуждения ЗК стрихнином свидетельствует об ослаблении ее тормозного влияния на корково-ретинальный вход.

Чтобы объяснить процессы, протекающие на уровне сетчатки, и их отношение к обработке любой поступающей информации, вкратце приведем данные об участии некоторых нейромедиаторов (нейротрансмиттеров) в этих процессах. Известно, что нервные клетки при возбуждении (деполяризации) выделяют из аксональных окончаний в синаптическую щель химическое вещество - нейромедиатор. В результате его взаимодействия с белком-рецептором постсинаптической мембраны происходит возбуждение постсинаптического нейрона [12]. Хорошо известно, что основным возбуждающим нейротрансмиттером в ЦНС млекопитающих является глутамат. Он вовлечен в большое число нейрональных и глиальных процессов и является предшественником ГАМК [8, 11].

В то же время общеизвестен и тот факт, что в сетчатке глутамат считается сдерживающим нейромедиатором, проявляющимся в гиперполяризации постсинаптической клетки. Нейрофармакология синапсов сетчатки свидетельствует о том, что синаптические окончания как палочек, так и колбочек заполнены пузырьками, содержащими глутамат.

Что касается ГАМК, то она участвует в процессах передачи сигнала с горизонтальных клеток на фоторецепторы. Следовательно, изменение РРП в условиях измененного функционального состояния ЗК стрихнином и KCl связано с участием единственного нейромедиатора - ГАМК. Снижение или повышение возбудимости коры приводит соответственно к угнетению или облегчению формирования РРП, генерируемого наружными сегментами фоторецепторов. Такой эффект связан с усилением либо ослаблением тормозного влияния ГАМК в синапсе фоторецепторов.

Согласно данным литературы [9, 13], фоторецептор в сетчатке позвоночных с помощью глутамата передает сигналы на горизонтальные клетки, а также колбочковые и палочковые биполяры. Что касается ганглиозных клеток сетчатки, то они тоже глутаматергические [4, 15]. Таким образом, передача сигнала от рецепторов к мозгу осуществляется в основном по прямому эфферентному пути с помощью глутамата. Однако надо учитывать и тот факт, что горизонтальные и биполярные клетки выпускают и свои медиаторы, которые могут модулироваться под влиянием нейротрансмиттеров, в данном случае глутамата. Эта модуляция выражается в его двояком действии на дендриты биполяров двух типов - гиперполяризующие и деполяризующие.

На основании анализа полученных экспериментальных данных постараемся объяснить, как отражается изменение функционального состояния ЗК на формировании компонентов ЭРГ и ОП сетчатки. Известно, что в формировании ОП принимают участие как биполярные клетки сетчатки, генерирующие первый ОП, так и амакриновые элементы, участвующие в генерации последующих ОП [7]. Также хорошо известно, что на амакриновых клетках оканчиваются центрифугальные волокна [1-3, 10, 17-19] и любые изменения в структурах мозга, имеющие связь с сетчаткой, обязательно приведут ее к тем или иным функциональным изменениям. Установлено, что амакриновые клетки, морфологически связанные с биполярами, получают от них сигналы, которые после соответствующей обработки обратно передают свои тормозные сигналы на те же биполяры, образуя, таким образом, на них реципрокные синапсы, в которых осуществляется их синаптическое взаимодействие. Важную роль в этом процессе играет ГАМК, содержание которой в амакриновых клетках достигает 80%. С участием ГАМК либо ослабляется, либо усиливается тормозное влияние амакриновых клеток на биполяры. Остальные нейромедиаторы - ацетилхолинергические, дофаминергические, серотонинергические, глицинергические и пептиды - функционируют в сетчатке при обязательном участии ГАМК [14, 16, 20]. Итак, в условиях измененного функционального состояния ЗК под воздействием KCl наблюдалось абсолютное угнетение второго и третьего ОП. Этот факт свидетельствует об усилении тормозного влияния ГАМК, приводящего к функциональной блокаде амакриновых клеток. Эффект облегчения ВП на световые стимулы в коре в состоянии ее возбуждения стрихнином сказывался на ослаблении тормозного влияния ГАМК на амакриновые клетки сетчатки. Последние, как показали опыты, весьма активно участвуют в формировании несколько облегченных ОП.

Подавление или возбуждение ЗК приводит соответственно либо к выраженному угнетению, либо облегчению b-волны ЭРГ и первого ОП сетчатки, в генерации которых принимают участие биполяры. В первом случае этот эффект является результатом усиления тормозного влияния глутамата на биполяры, тем самым соответственно усиливая или ослабляя их активность. Во втором - ослабление тормозного влияния глутамата на биполяры способствует выраженному облегчению как b-волны, так и первого ОП.

Таким образом, функциональное взаимодействие нейронов внутреннего ядерного слоя сетчатки обеспечивается определенными морфофункциональными связями, что позволяет ей нормально функционировать. Этот факт подтверждается нашими предыдущими работами, в которых исследовались роль ЦНС в механизме функционирования сетчатки (нембутал, аминазин), а также влияние на сетчатку импульсной электрической стимуляции ЗК, наружного коленчатого тела, а также супрахиазматического и супраоптического ядер переднего отдела гипоталамуса. Все это дает возможность с уверенностью утверждать, что сетчатка находится под постоянным контролем ЦНС вплоть до наружных сегментов фоторецепторов, генерирующих РРП. Однако любой сигнал на уровне фоторецепторов не доставит нужную информацию в ЗК, если этот сигнал, в данном случае - биопотенциал, не будет многократно переработан и скорректирован системой обратной связи. По этому поводу приведем весьма убедительные рассуждения офтальмолога-клинициста А.С. Новохатского [6]. В условиях потери зрительной функции, связанной с гибелью афферентной системы зрительного нерва, разрушается и энцефалоретинальная система. Так, перерезка зрительного нерва ведет к полной дистрофии ретиноэнцефальной системы, а также к гибели энцефалоретинальных нейронов, что является весьма объективным препятствием к созданию искусственного глаза. Как считает автор, создание искусственного зрения реально только для роботов. Такая система, вероятно, сможет распознавать окружающий мир, его формы, цвет, движения и т.д. Однако самый совершенный робот может выполнять только функцию «поводыря» слепого человека. Следовательно, создание искусственного глаза может быть вопросом времени.

Но нельзя исключить и тот факт, что в процессе обработки зрительных сигналов в сетчатке в условиях изменения функционального состояния ЗК вовлекаются и другие зрительные структуры мозга, осуществляющие центрифугальный контроль функции периферического отдела зрительного анализатора. Из этого следует, что влияние ЗК на сетчатку может осуществляться не только по прямым корково-рентинальным путям, но и опосредованно - через другие специфические зрительные структуры, не исключено также участие в этом процессе и ретикулярной формации. Об этом свидетельствует наличие неспецифических афферентных волокон, оканчивающихся в поверхностных слоях коры посредством аксо-дендритических синапсов, которые действуют на эти нейроны только как модуляторы их активности. Также следует признать, что неспецифические пути могут конвергировать и на вставочные нейроны, контактирующие с дендритами специфических зрительных нейронов, т.е. влияние ретикулярной формации на зрительные нейроны будет опосредоваться через промежуточные тормозные либо возбуждающие корковые нейроны.

Факт существования влияния специфических и неспецифических структур мозга на процессы, протекающие на уровне сетчатки, как нам кажется, свидетельствует о том, что их участие необходимо для осуществления сложных интегративных процессов, лежащих в основе ее нормального функционирования. Любое изменение возбудимости ЗК не только модулирует специфическую активность этой структуры, но и формирует свой очаг возбуждения, который может отразиться на ответной деятельности сетчатки, вызванной поступлением зрительных сигналов.

Выводы

1. Установлено регулирующее влияние на сетчатку ЗК в условиях измененного ее функционального состояния (аппликация стрихнина и KCl).

2. Корковый контроль сетчатки осуществляется вплоть до ее дистальных отделов. Показателем является РРП, генерируемый наружными сегментами фоторецепторов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail